電気刺激で力触覚提示 (Haptics Adventカレンダー記事)
どうも.みずです.
電気通信大学院の修士一年で,触覚の研究をしています.
はじめに
例えば「VR空間上で物にぶつかったときの感覚を再現してください」と言われたら,どんな方法があるでしょう.
愚直にハンマーのようなもので実際に肌に物理的な刺激を与えてもいいでしょう.肌にくっつけた振動子から適切な振動を与えてもよいでしょう.
しかし物理的な刺激に頼らず,肌に電気を流すという方法で力覚や触覚を提示する試みもこれまで数多く行われています.
電気刺激の利点
電気刺激を使うことによるメリットは主に,他の触覚提示手法と比べて
省電力・省スペース・軽量
という点にあります.
機械的な駆動部を必要とせず,皮膚に装着する必要があるのは電極のみ.
例えばよりよい振動を提示するためにサイズや電力が大きくなりがちな振動子と比べてこれは圧倒的な利点となります.
電気触覚ディスプレイ
https://gyazo.com/ee909366ca238108fc44602dabf6378f
https://gyazo.com/938bfb02b2b03d4d506204fef7e46db9
この電気触覚ディスプレイは,電極を通して指先に電気を流し感覚神経を刺激することにより振動覚や圧覚を提示するものです.
写真の電極は刺激点が61点あり,それぞれ独立に刺激が可能です.高密度な刺激が可能という点も電気刺激の利点の一つです.
もちろん,電極は自作が可能なので用途に合わせて柔軟な使い方ができます.
また,流す電流量を0~10mAの間で調整することによって刺激の強さを変えられます.
筋電気刺激(EMS)
先ほどの電気触覚ディスプレイが感覚神経を刺激し触覚を提示するものだったのに対し,
筋電気刺激―Electrical Muscle Stimulation――とは筋を支配する運動神経を刺激し筋を収縮させるものです.
筋肉を外部から動かすことにより,麻痺患者のリハビリ,筋肉の鍛錬,そして力覚提示を行うことができます.
https://gyazo.com/217ab10fdf9eb920c3f19ff91051f24c
https://gyazo.com/8c34b5d03b538160c5507cf3f6271f5b
電気刺激+αの触覚提示
電気刺激と他の触覚提示方法を組み合わせた研究もあります.
EMS+ソレノイド→パンチの衝撃感
ソレノイドで腕をタップすると同時に筋電気刺激で腕を後ろに倒すことによって,例えばVR環境上で相手に腕をパンチされた衝撃感を再現している研究です.
他にもサッカーボールを蹴ったり,バットで球を打ったりするアプリケーションが提案されています.
https://gyazo.com/96c8b00794e8d7d0ffe39997dc8622be
https://gyazo.com/378514db0bebc624ef93534a8b745229
https://gyazo.com/cb7e2436bae6eb7601f746343674ca68
電気刺激+落下する板→電気刺激のビリビリ感軽減
(これは僕の研究です,ダイレクトマーケティング)
利点たっぷりの電気刺激ですが,勿論欠点もあります.
電気風呂などを想像してみていただければ分かると思うのですが,電気刺激には独特のビリビリ感を伴い,それが触覚の不自然さに繋がります.
そこで,電気刺激を提示すると同時に物理的な刺激(ここでは落下する板)を加える事によってそれを軽減できる,という研究です.
(また,電気刺激を使うことにより物理的な刺激の強さを増幅する効果も狙っています)
https://www.youtube.com/watch?v=-7AjeODDO_o
電気刺激+DCモータの振動→幅広い触覚
電気刺激ディスプレイといえども(また他の触覚ディスプレイもそうですが),現状あらゆる触覚を提示するためのスペック(0~1kHzの周波数で,たとえば指先であれば1.5mm間隔の細かさで刺激)には至っていません.
そこで,電気刺激とDCモータによる振動を組み合わせ,お互いの得意な範囲の触覚を提示することによって広範囲の触覚を提示することを目指したものです.
(より詳しく言うと,電気刺激の陽極刺激により高空間解像度の低周波な振動,陰極刺激により高空間解像度の圧覚,
DCモータで低空間解像度の高周波振動と皮膚の横ずれを提示します)
https://gyazo.com/5832dcbef111d4bb34b60d7b276372f1
https://gyazo.com/807a459149bfe10d6cf4a586d040549c
さいごに
電気刺激という力触覚提示手法の持つ様々な可能性が少しでも伝われば幸いです.
参考文献
その他
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